监测活细胞中诱导激活的Rac、Cdc42信号转导通路的FRET单分子探针

Rho家族鸟苷三磷酸酶,包括Rac1和Cdc42等．参与调节细胞形态、细胞迁移、转录激活和基因表达等一系列细胞过程。根据FRET（Fluorescent resonance energy transfer）技术原理,构建了包含红色荧光蛋白dsRed1与青色荧光蛋白ECFP的全长cDNA．效应分子Pak1或N—WASP的GTP酶联结区域．信号分子Rac1或Cdc42的全长cDNA的几种单分子探针。转染NIH3T3或Hela细胞,以胰岛素、缓激肽为诱导剂,分别激活Rac1、Cdc42信号转导通路。离体荧光光谱检测表明．在两种转染动物细胞中均产生了FRET现象。不同信号转导通路的FRET效率,在诱导激活5min后,均达到最高值,但增加幅度有显著差异。随着诱导时间的延长,FRET效率下降,但下降速率在不同信号转导通路间差异显著。Rac1、Cdc42激活试验证实．诱导激活的转染细胞中,Rac1、Cdc42均处于激活状态（GTP—bound）,其在不同诱导时间的相对激活程度与FRET效率表现相同。诱导激活的Rac1、Cdc42信号转导通路,分别导致了转染活细胞中片状伪足、线状伪足的产生。这表明,采用这些单分子探针,可直接监测激活的信号转导通路,在活细胞中的3D时空分布变化图像及其产生的细胞学效应。采用这些单分子探针．分析、判断了一些调节蛋白对Rac1、Cdc42的GEF或GAP特性。从而提供一种可大大简化现有的鉴定待测蛋白分子的方法。     

监测活细胞中诱导激活的Rac、Cdc42时空图像的FRET单分子探针的构建

以PCR方法从人脑cDNA基因文库扩增Rac1、Cdc42 cDNA全序列及其效应蛋白基因Pak1、N-WASP的GTP酶联结区域(GBD)序列,从dsRed1-N1质粒扩增红色荧光蛋白dsRed1cDNA全序列.将cDNA序列依次定向克隆至pECFP-N1质粒载体,获得基于FRET原理,包含dsRed1,Pak1或N-WASP的GBD,Rac1或Cdc42,ECFP编码序列的单分子探针.在dsRed1的C末端加入一段CAAM法尼基化基序,构建包含EGFP,Pak1的GBD,Rac1或Cdc42,dsRed1-CAAM的质膜特异表达的单分子探针.采用这两种探针,可用于监测活细胞中诱导激活的Rac1、Cdc42信号转导通路的3D时空图像,检测待测蛋白分子的GEF或GAP活性.     

Rac1、Cdc42单分子探针在活细胞中表达差异的比较

利用构建的Rac1、Cdc42单分子探针,探索其在NIH3T3、Hela、COS7等活细胞中的最佳表达效果.结果表明在胞浆中表达的探针其荧光值在诱导5～10 min达到最大值,随着时间的推移,其荧光强度逐渐减弱;在细胞膜上表达的探针也是相似的.DNA/转染试剂为1:3时的表达效果最佳;每毫升转染培养基的质粒DNA含量为4或6 μg时,其转染表达可达到最佳;在不同种类的细胞中表达时其差异不明显;在细胞的不同部位表达差异不明显.